峨眉山玄武岩化学风化研究——以龙苍沟小流域为例

通过对四川省雅安龙苍沟峨眉山玄武岩小流域的水化学组成研究,分析了不同物质来源对小流域溪水溶解质的贡献,并对该小流域岩石风化速率和CO2消耗速率进行了估算。结果表明,龙苍沟流域溪水呈中性,PH平均值为6.82。溪水中阳离子以Ca^2+为主,约占阳离子总量的56%;阴离子以HCO3^-为主,约占阴离子总量的45%。碳酸盐岩风化、硅酸盐岩风化、大气降水和人为活动对溪水阳离子平均贡献率分别为50.2%、38.2%、10.5%和1.1%。流域硅酸盐岩风化速率为37.54±24.94 t/km^2/yr,硅酸盐岩风化对大气C02消耗速率为5.4±3.6 mol C/km^2/yr。本文首次对我国峨眉山玄武岩省化学风化大气CO2消耗量进行估算,得到其年消耗通量为1.35±0.89×10^11 mol C/yr,约为全球玄武岩CO2年消耗通量的3.31±2.18%。     

外源水和外源酸对万华岩地下河系统岩溶碳汇效应的影响

流域的岩石化学风化过程是全球碳循环中的重要环节。近年来流域水化学碳汇通量估算已越来越多地关注到外源水(硅酸盐风化)及外源酸对全球碳循环的影响。文章选取万华岩地下河流域为研究区,流域硅酸盐岩和碳酸盐岩分布面积占比为64%和36%,于2017年对洞口进行为期一年的取样监测,并分别于4月和9月对万华岩地下河系统内13个水点的离子组成进行监测,利用水化学平衡法和Galy模型,对流域岩石化学风化速率和CO2消耗通量进行了计算,对万华岩地下河系统的岩石风化和碳循环过程进行了分析。结果表明,万华岩地下河系统岩石风化消耗CO2的速率为31.02 t·(km2·a)-1;以碳酸岩风化为主,其风化速率为硅酸盐溶蚀的20倍;流域内碳酸盐岩风化对CO2消耗量占到整个流域的92.16%;不同岩石风化类型对碳通量的贡献率以碳酸溶解碳酸盐岩最大,为87.06%;流域上游的外源水对岩溶碳汇具有巨大的促进作用,外源水汇入后碳酸盐岩碳汇速率可以达到无外源水汇入流域的2倍;硫酸溶解碳酸盐岩次之,为9.24%;碳酸风化硅酸盐岩最小,为3.7%,在计算流域碳汇量的时候应将硫酸参与岩石风化的影响去除。     

西江流域化学风化过程及其CO2消耗通量

为深入评估中国南方陆地风化过程及河流物质循环过程, 通过测定西江主要干、支流丰水期及枯水期水体主要离子和锶及其同位素比值, 结合Galy模型对西江流域化学风化特征及CO2消耗通量进行计算。结果表明: (1)西江流域化学风化受人类活动的影响较小, 流域化学风化过程主要受到碳酸的控制。(2)河水阳离子的主要物质来源为硅酸盐岩和碳酸盐岩风化, 硅酸盐岩在丰水期和枯水期的阳离子物质来源摩尔占比均为0.04, 碳酸盐岩中石灰岩占比分别为0.79和0.78, 白云岩分别为0.17和0.18。(3)西江流域在丰水期和枯水期的化学风化过程具有一定的差异性, 由于硫酸参与白云岩的风化作用影响碳酸盐岩风化过程中的CO2消耗通量, 导致各个化学风化过程所涉及的CO2通量有所差别。(4)碳酸风化碳酸盐岩在丰水期和枯水期所消耗的CO2通量分别为(0.78~244.25)×106 mol/km2/yr和(0.10~49.16)×106 mol/km2/yr, 硫酸风化碳酸盐岩所产生的CO2通量分别为(0.25~42.16)×106 mol/km2/yr和(0.01~13.90)×106 mol/km2/yr, 碳酸风化硅酸盐岩所消耗CO2通量的分别为(0.05~17.83)×106 mol/km2/yr和(0.02~6.07)×106 mol/km2/yr。     

珠江流域碳酸盐岩与硅酸盐岩风化对大气CO_2汇的效应

对珠江流域11个测站的河水1个水文年4次取样进行水化学和同位素测试分析,揭示无论是碳酸盐岩区还是硅酸盐岩区,岩石风化均使河流的离子成分以HCO3-、Ca2+、Mg2+为主,碳酸盐岩风化溶蚀速率和由碳酸盐岩风化溶蚀引起的大气CO2消耗量分别为27.60 mm/ka和540.21x103mol/(km2·a-1),是硅酸盐岩风化速率和由硅酸盐岩风化引起的大气CO2消耗量的10.8倍和6.7倍,说明碳酸盐岩风化是流域碳汇过程及效应的主体。由于有利的水热条件和高的碳酸盐岩面积比例,珠江流域平均岩石风化速率和由岩石风化作用引起的大气CO2消耗量分别为30.15mm/ka和620.36×103mol/(km2·a-1),为全球60条河流平均值的2.6倍。     

岩石风化碳汇研究进展:基于IPCC第五次气候变化评估报告的分析

岩石风化碳汇特别是碳酸盐岩风化碳汇积极参与了全球碳循环过程。最新的IPCC第五次气候变化评估报告(AR5)指出全球岩石风化碳汇约为0.4 Pg C/a,占不平衡碳通量的1/2~1/3,并改进和区分了岩石风化碳汇的时间尺度,将硅酸盐岩风化碳汇时间尺度视为104~106年,碳酸盐岩风化碳汇时间尺度视为103~104年。AR5报告将岩石风化碳汇列为CO2移除的4种方法之一,其碳酸盐岩风化碳汇时间尺度属于百年至千年级。虽然AR5报告提出了前述新认识,但仍认为岩石风化碳汇速率太慢,未纳入全球碳收支核算。结合近年来的研究进展,讨论了AR5报告目前对岩石风化碳汇在通量、时间尺度和风化碳汇效应等方面认识的不足,提出了加强岩石风化碳汇速率、稳定性、影响因素和尺度转换方面的研究建议,以期进一步加强岩石风化碳汇研究工作,为平衡全球碳收支做出科学贡献。     

非岩溶水和硫酸参与溶蚀对湘南地区地下河流域岩溶碳汇通量的影响

研究非岩溶水和硫酸参与溶蚀对地下河流域岩溶碳汇通量的影响,有助于提高岩石风化碳汇通量估算精度,对于推进地质作用与全球气候变化研究意义重大。选取湘南北江上游武水河流域内4条典型地下河为对象,通过水化学对比分析,揭示硅酸盐岩风化对流域地下水化学的重要影响。运用Galy方法计算流域非岩溶地层中的硅酸盐岩风化消耗大气/土壤CO_2对岩石风化碳汇的重要贡献,并评价了H_2SO_4参与下碳汇通量的扣除比例。结果显示:(1)流域内有非岩溶地层的L01,L02地下河,Na~+,K~+和SiO_2浓度明显高于纯碳酸盐L03和L04地下河,非岩溶地层中的硅酸盐的风化对地下河水中K~+,Na~+,SiO_2浓度有一定贡献;(2)4条地下河的[Ca~(2+)+Mg~(2+)]/[HCO_3~-]当量比值为1.05~1.15,[Ca~(2+)+Mg~(2+)]/[HCO_3~-+SO_4~(2-)]的当量比值为0.99~1.08,Ca~(2+)+Mg~(2+)相对于HCO_3~-过量,过量的Ca~(2+)+Mg~(2+)与SO_4~(2-)相平衡,证实硫酸参与流域碳酸盐岩的溶蚀;(3)L01和L02地下河岩石风化消耗的CO_2通量中非岩溶地层中的硅酸盐风化消耗所占比例分别为3.36%和2.22%,而L03和L04地下河中硅酸盐风化消耗比例小于0.50%,表明有非岩溶地层存在的地下河流域,其岩石风化消耗的CO_2通量中硅酸盐风化消耗占有一定比例;(4)在考虑硫酸参与碳酸盐岩溶蚀时,4条地下河的碳汇通量分别扣除4.84%,4.52%,6.20%和9.36%。     

赤水河流域岩石化学风化及其对大气CO_2的消耗

岩石风化碳汇是全球碳汇的重要组成部分,通过对赤水河流域水体主要离子组成进行测定,分析赤水河流域河水水化学特征及其岩石风化过程对大气CO_2的消耗。结果表明:赤水河流域离子组成以Ca~(2+),Mg~(2+),HCO_3~-和SO_4~(2-)为主,河水总溶解性固体(TDS)含量均值为317.88 mg/L,高于全球流域均值(65 mg/L)。元素比值分析表明赤水河流域离子组成主要受岩石风化控制,其中碳酸盐岩风化为主导控制因素,碳酸盐岩、硅酸盐岩对河水溶质贡献率分别为70.77%和5.03%。人类活动和大气降水对流域河水溶质的贡献很小。流域岩石化学风化速率为126.716 t/(km~2·a),高于黄河、长江、乌江及世界河流均值。流域岩石化学风化对大气CO_2的消耗量为10.96×10~9mol/a,岩石风化对大气CO_2消耗速率为5.79×10~5mol/(km~2·a),与长江流域接近,高于黄河流域。     

硫酸参与的长江流域岩石化学风化速率与大气CO2消耗

流域的岩石化学风化过程是全球碳循环中的重要环节。以往的流域水化学碳汇通量估算大多是基于碳酸的风化作用。而实际上,硫酸和碳酸一样,也参与了流域碳元素的地球化学循环,从而对全球碳循环过程产生影响。长江流域水体近几年出现酸化现象,大部分河段SO42-和Ca2+含量增高,其对应的岩石风化过程和大气CO2消耗速率也发生变化。文章对长江干流及主要支流2013年不同季节的离子组成进行监测,利用水化学平衡法和Galy估算模型,对长江流域岩石化学风化速率和CO2消耗通量进行了估算,对硫酸参与下的长江流域岩石风化和碳循环过程进行了分析。结果表明,长江流域水体离子主要来源于硅酸盐岩风化和碳酸盐岩风化。其中碳酸盐岩风化对河水离子贡献率为92%。在硅酸盐岩广泛分布的赣江流域,碳酸盐岩风化离子贡献也达85%。分析表明,硫酸参与了长江流域的岩石风化过程,对水体中离子产生一定影响。硫酸的参与加快了碳酸盐岩的化学风化速率,平均提高约30%,但是使流域大气CO2消耗速率降低。在不考虑蒸发岩溶蚀作用下,平均从516×103 mol/km2·a降至356×103 mol/km2·a,降低约31%。在各支流中,硫酸对乌江流域碳酸盐岩的风化和碳循环的影响最大,而对雅砻江的影响最小,这与乌江流域的含煤地层、矿床硫化物及大气酸沉降有关。     

硫酸参与的长江流域岩石化学风化与大气CO_2消耗

流域的岩石化学风化过程是全球碳循环中的重要环节。以往的流域水化学碳汇通量估算大多是基于碳酸对岩石的风化作用。而实际上,硫酸和碳酸一样,也参与了碳元素的地球化学循环,从而对全球碳循环过程产生影响。长江流域水体近几年出现酸化现象,大部分河段SO_4~(2-)和Ca~(2+)含量增高,其对应的岩石风化过程和大气CO_2消耗速率也发生变化。文章对长江干流及主要支流2013年不同季节的离子组成进行监测,利用水化学平衡法和Galy估算模型,对长江流域岩石化学风化速率和CO_2消耗通量进行了估算,对硫酸参与下的长江流域岩石风化和碳循环过程进行了分析。结果表明,长江流域水体离子主要来源于硅酸盐岩风化和碳酸盐岩风化。其中碳酸盐岩风化对河水离子贡献率为92%。在硅酸盐岩广泛分布的赣江流域,碳酸盐岩风化离子贡献也达85%。分析表明,硫酸参与了长江流域的岩石风化过程,对水体中离子产生一定影响。硫酸的参与加快了碳酸盐岩的化学风化速率,平均提高约28%。在不考虑硫酸溶蚀作用下,流域大气CO_2消耗速率平均为514.12×10~3 mol/km~2·a,但是硫酸参与时,CO_2消耗速率为467.18×10~3 mol/km~2·a,扣除碳汇量约14%。在各支流中,乌江流域受硫酸影响最大,而对雅砻江的影响最小,这与乌江流域的含煤地层、矿床硫化物及大气酸沉降有关。     

青藏高原东部长江流域盆地陆地化学风化研究

长江河水主要离子由流域盆地碳酸盐岩的风化所控制,沱沱河和楚玛尔河受蒸发盐岩影响较为明显;河水溶质载荷Si,Si/TZ *,Si/(Na* K)等指标表明,长江流域盆地地表硅酸盐岩风化还是浅表层次的;金沙江地表化学剥蚀速率为1.74×103mol/yr.km2,雅砻江为1.69×103mol/yr.km2,大渡河为1.57×103mol/yr.km2,岷江为1.88×103mol/yr.km2,长江河源区楚玛尔河为2.32×103mol/yr.km2,沱沱河为1.37×103mol/yr.km2,流域地表化学剥蚀速率可与世界上其它造山带的河流进行对比。     

Chemical Weathering and CO2 Consumption of Chishuihe River Basin,Guizhou Province

Carbon sink produced during rock weathering is critical to global carbon cycles. In this work, we analyzed the major ion chemistry of the Chishuihe River Basin, and the major ion composition of the Chishuihe River system and the principal component analysis was applied for estimating the weathering rate and atmospheric CO₂ consumption via the rock chemical weathering. The results demonstrated that the chemical composition of the river was dominated by Ca²⁺, Mg²⁺, HC and S. The average concentration(317.88 mg/L) of the total dissolved solids within the Chishuihe River was higher than the average value (65 mg/L) of world rivers. The Gibbs graph combining major ion element ratio analysis indicated that the catchment major ion composition mainly originated from rock weathering, primarily from carbonate weathering, sparsely from silicate weathering. Carbonate and silicate weathering contributed 70.77% and 5.03% separately to the dissolved loads. The anthropogenic and precipitation impact was limited. According to calculation based on principal component and the ion composition characteristics, the chemical weathering rate was 126.716 t/(km²·a), significantly higher than that of the Yellow River and Yangtze River, and also higher than the average rate of the global major rivers. The CO₂ consumption flux based on annual average runoff was 10.96×10⁹ mol/a, and the CO₂ consumption rate by chemical weathering was 5.79×10⁵ mol/(km²·a).     

疏勒河源区水化学特征及其控制因素分析

以疏勒河源区为研究区,自2018年12月至2019年11月分别采集河水、泉水和雪样样品44个、4个和7个,综合运用Piper三线图、Gibbs图、离子比值法定性分析不同水体水化学特征及控制因素,利用质量平衡法（正向地球化学模型）量化不同来源对不同季节河水水化学成分的贡献率。结果表明：疏勒河源区不同水体水化学特征存在差异,TDS含量为泉水>河水>冰川融水>雪水,河水水化学类型冬季为HCO₃^--Mg²⁺?Ca²⁺型,春季为HCO₃^--Ca²⁺?Mg²⁺?Na⁺型,夏、秋季均为HCO₃^--Ca²⁺?Mg²⁺型,泉水和雪水分别为HCO₃^--Ca²⁺?Mg²⁺型、HCO₃^--Ca²⁺型;受多种因素共同影响,不同季节河水主离子时空变化均存在差异;河水和泉水水化学组成受岩石风化作用控制,主离子来源于以白云石为主的碳酸盐岩风化、硅酸盐岩风化和盐岩、石膏、硫酸盐矿物等蒸发岩溶解;正向地球化学模型计算结果表明冬春季河水阳离子主要来源于硅酸盐岩风化溶解,夏秋季碳酸盐岩对河水阳离子贡献率大于硅酸盐岩,总体河水阳离子主要来源于碳酸盐岩和硅酸盐岩风化。     

The Influence of Allogenic Water and Sulfuric Acid to Karst Carbon Sink in Karst Subterranean River in Southern Hu’nan

Evaluating the impact of allogenic water and sulfuric acid on karst carbon sink not only helps to improve the accurate calculation of soil CO₂ uptake by rock weathering, but also obtains a complete understanding of the global carbon cycle. Groundwater samples were collected from four karst subterranean rivers watershed within different lithology strata in Wushui Basin, upstream of Beijiang Basin, Hunan Province, for revealing the important impact of silicate weathering on hydrochemistry of groundwater. To estimate the contribution of soil CO₂ uptake by silicate weathering to CO₂ uptake by rock weathering, the Galy model was employed in this article. The important impact of sulfuric acid on CO₂ uptake by carbonate weathering resulting from the substitution of carbonic acid by protons from sulfuric acid was investigated. Our results showed that the concentration of Na⁺, K⁺ and SiO₂ in L01,L02 subterranean river with silicate strata in watershed were higher than that in L03,L04 subterranean river without silicate strata in watershed, which implied that the contribution of silicate weathering to Na⁺,K⁺ and SiO₂ was very important in watershed within silicate strata . The changeable equivalent ratio between (Ca²⁺+Mg²⁺) and HCO₃^- was 1.05 to 1.15, and the value of [Ca²⁺+Mg²⁺]/[HCO₃^-+SO₄^2-] was 0.99 to 1.08. The concentrations of Ca²⁺ and Mg²⁺ exceeded the equivalent concentrations of HC₃^-, and the excess of Ca²⁺ and Mg²⁺cations were compensated by SO₄^2-, which suggested that sulfuric acid has an important influence on carbonate dissolution. The contribution of soil CO₂uptake by silicate weathering to CO₂ consumption in L01 and L02 subterranean river were 3.36% and 2.22%, respectively, whereas the contribution in L03, L04 subterranean river were less than 0.50%, indicating that the contribution of soil CO₂ uptake by silicate weathering was important in the subterranean river basin within silicate strata. Due to the contributions made by sulfuric acid, the CO₂ consumption in four subterranean rivers decreased by 4.84%, 4.52%, 6.20%, 9.36%, respectively.     

硅酸盐风化与全球碳循 环研究回顾及新进展

硅酸盐风化是大气CO2 的一个主要汇,直接影响到全球碳循环进而影响全球气候。自Walker 等（1981）进行的开创 工作以来,有关“硅酸盐风化- 碳循环- 气候变化”方面的研究大量涌现。从计算机模型到河流水化学研究,从流域面积 超过百万平方公里的大河到数十数百平方公里的单岩性小河流,取得了很多重要的进展。从全球尺度上看,硅酸盐风化每 年所消耗的大气CO2 量为0.138~0.169 Gt,相比现在大气碳库中碳的含量（约800 Gt）,乍看似乎是微不足道的,然而硅酸盐 风化消耗CO2 并将其作为碳酸盐矿物埋藏在海洋,它的存留时间超过了百万年。因此,在地质时间尺度上,硅酸盐风化是 调节全球碳循环的一个重要机制。对小流域进行的研究发现,热带地区流经玄武岩/蛇绿岩的小流域有着最高的硅酸盐风化 和大气CO2 消耗速率,热带区域火山岩化学风化消耗的大气CO2 占全球硅酸盐风化所消耗量的10%,而流域面积不到1%。     

青藏高原东部金沙江流域盆地陆地风化特征

青藏高原东部金沙江流域是研究高原隆升与陆地风化的理想地区。本文通过对金沙江河流系统的取样,从河流溶质载荷主要离子和悬浮载荷粘土矿物等方面揭示青藏高原东部金沙江流域盆地陆地风化特征。研究表明,金沙江流域盆地陆地岩石风化主要是碳酸盐岩、蒸发盐岩和硅酸盐岩。利用S i、S i/TZ+*、S i/Na*+K和S i/K以及(Na*+K)/TZ+等5个指标结合流域区域岩石分布和土壤特征揭示出流域硅酸盐岩为浅表性初级风化,风化产物主要是富含阳离子的次生粘土矿物。     

北江河水溶解无机碳同位素的季节变化

在有碳酸盐岩分布的河流流域, 河水地球化学主要反映的是风化速率较高的碳酸盐矿物风化的信息, 而硅酸盐矿物风化的信息往往被掩盖掉.北江流域碳酸盐岩和硅酸岩分布广泛, 为追踪其中的硅酸盐矿物风化的信息, 分析了北江河水中溶解无机碳同位素的时空变化.河水样品按4个季节自北江的上游到下游采集6个样点, 分析结果显示, 除上游武江的采样点同位素值季节变化不大外, 中下游采样点的同位素值有明显季节变化, 主要表现在6月份的δ13C_DIC显著变轻(-16‰~-19‰).在详细剖析矿物风化过程对碳同位素的影响后, 指出除了显著的碳酸盐矿物风化过程外, 北江流域在夏季还存在明显的硅酸盐矿物风化过程, 大大提高了流域的碳汇作用.      

鄱阳湖流域岩石化学风化特征及CO2消耗量估算

岩石风化过程中所产生的碳汇是全球碳循环的重要组成部分,该领域受到研究全球变化科学家们的普遍关注。文中通过对鄱阳湖流域河水系统的样品采集和化学成分分析,研究了河水化学成分来源及流域岩石风化所产生的碳汇效应。以大气降水、蒸发岩、硅酸岩和碳酸盐岩为4个端员,计算出它们对河水中溶解质的贡献率分别为10．4％、21．9％、30．...